РОЗДІЛ 2
РАДІАЦІЙНА СТІЙКІСТЬ МІНЕРАЛІВ ГЛИН ТА ПОРОДОУТВОРЮВАЛЬНИХ МІНЕРАЛІВ
КРИСТАЛІЧНИХ ПОРІД
Одним із головних завдань при вивченні радіаційного впливу на природні об?єкти
(гірські породи та мінерали) є з?ясування основних закономірностей зміни їхніх
фізико-хімічних властивостей під впливом опромінення. Це важливо для оцінки
радіаційної стійкості мінералів, що можуть бути використані як інженерні
бар?єри під час ізоляції РАВ [12, 14].
У цьому розділі наведено отримані нами експериментальні результати та
літературні дані з радіаційних дефектів деяких мінералів УЩ, що входять до
складу глинистих та кристалічних геологічних формацій. Результати цих
досліджень можуть бути використані для визначення радіаційної стійкості
мінералів з метою вибору оптимальних геологічних масивів, придатних для
побудови в них сховищ РАВ.
2.1. Радіаційні дефекти в мінералах глин УЩ
В праці [69] методами ЕПР та ІЧС досліджено вплив г-опромінення різними дозами
(105, 106, 107, 3Ч107 Гр) на динаміку накопичення радіаційних дефектів, обмін
ізотопів дейтерію із структурними O?H-групами, параметри питомої поверхні та
розчинність глинистих мінералів.
Як об?єкти досліджень використали досконалий каолініт ? Al4[Si4O10](OH)8
(параметр Хінклі 1,4), недосконалий каолініт (параметр Хінклі 0,7),
монтморилоніт ? (Ca,Na)(Mg,Fe)2[Si4O10](OH)2•nH2O, полігорскіт ?
(Mg,Al)[Si8O20](OH)2•(OH2)3•nH2O, мусковіт ? KAl2[AlSi3O10](OH)2, та як
модельні об?єкти синтетичний гібсит ? Al(OH)3 і брусит ? Mg(OH)2. Опромінення
зразків г-квантами (за рахунок гальмування
електронів з енергіями 8?10 МеВ) виконано на лінійному прискорювачі та на
60Co-джерелі в герметичних ампулах у розчині D2O за кімнатної температури.
Встановлено, що в обох проаналізованих каолінітах залежності концентрації
A-(Si?O?) та B-центрів (AlVI?O??AlVI) від дози г-опромінення мають схожий
вигляд: в області 0?105 Гр дефекти накопичуються повільно, однак їхня
концентрація стрімко зростає за доз 105?107 Гр. Ці концентрації є більшими в
початковому і опроміненому зразках для більш досконалих (упорядкованих)
каолінітів.
В праці [70] методом ЕПР досліджено вплив г-опромінення на каолініти, що
відрізнялися індексами кристалічності за Хінклі від 1,60 до 0,5. (Опромінення
зразків виконано на джерелі 60Co потужністю 12,4 Гр/с. Поглинуті дози
опромінення становили 104, 106 та 108 Гр). З?ясовано, що г-опромінення
каолінітів зумовлює часткову дегідроксилацію їхньої структури та утворення
дефектів двох типів: формування тетраедричних іонів Fe3+ (за рахунок
дегідроксилації структури) та утворення різних електронно-діркових центрів.
Каолініти із більш досконалою кристалічною структурою є менш стійкими до
г-опромінення за ефектом термоудару, з досконалою ? до утворення
електронно-діркових центрів. Рекомбінація останніх у каолініті з досконалою
кристалічною структурою (порівняно з менш досконалою) відбувається значно
швидше, що пов?язано, очевидно, із кількістю адсорбованої води, а руйнування
під впливом іонізуючого опромінення відбувається легше в метакаолініті, ніж в
каолініті. Істотного впливу г-опромінення на термічну стійкість каолініту не
виявлено.
В інших глинистих мінералах (полігорскіті, монтморилоніті та мусковіті)
концентрація A- та B-центрів значно менша ніж в каолінітах. Автори вважають, що
концентрація А-центрів та їхня стабілізація визначається складом тетраедричного
структурного фрагмента мінералу: каолініт ([Si4O10]) > монтморилоніт,
полігорскіт ([Al0.5Si3.5O10]) > мусковіт ([AlSi3O10]), а також наявністю
рухливих молекул води на поверхні та в міжшаровому об?ємі мінералу: досконалий
каолініт (молекули води практично відсутні) > недосконалий каолініт >
монтморилоніт (максимальна кількість молекул води) [69].
В мусковіті та синтетичному гібситі, де відсутні рухливі молекули води,
спостерігаються В?-центри (що є аналогами В-центрів у каолініті), однак їхня
концентрація не виявляє якої-небудь кореляції з дозою опромінення. В
опромінених зразках монтморилоніту та полігорскіту В?-центри не виявлено.
Встановлено, що концентрація В- та В?-центрів порівняно з А-центрами більш
чутлива до наявності в мінералі рухливих молекул води. Механізм впливу молекул
води на формування дефектів не наводиться.
З?ясовано, що при г-опроміненні системи ?мінерал?D2O?, де формується велика
кількість радіаційних центрів, обмін дейтерію із структурними O?H-групами
починається за менших доз опромінення. За доз 106?3Ч107 Гр відносний вміст
дейтерію в структурі досліджених мінералів зменшується наступним чином: гібсит
(4,50) > полігорскіт (3,80) > монтморилоніт (2,16) > каолініт (1,62) > брусит
(1,43). Збільшення дози опромінення зумовлює збільшення питомої поверхні
зразків: в каолініті ? на 9 %, монтморилоніті ? на 8 %, полігорскіті ? на 30 %.
Одночасно змінюється розчинність опромінених глинистих мінералів: в каолініті
ступінь виходу іонів Al3+ зростає, однак іонів Si4+ ? зменшується, для
монтморилоніту та полігорскіту простежується зворотна залежність. Це автори
пояснюють збільшенням концентрації різних типів дефектів у цих мінералах.
Накопичення тритію у шаруватих структурах. Дослідження особливостей накопичення
тритію (у випадку взаємодії тритієвої води з мінералом) в різних структурах,
зокрема, з?ясування можливих місць локалізації цих іонів (у складі адсорбованої
води чи в структурних позиціях) та визначення часу його затримання під час
контакту мінералів з водою необхідні при вирішенні питань, що стосуються
ізоляції тритієвих РАВ. З огляду на розташування тимчасових сховищ РАВ, що
вм
- Киев+380960830922